JPH1011153A - 圧力調整器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外面に結露による水分付着が起きず、しかも
調圧バネやダイヤフラム等に結露水による錆が発生せ
ず、また凍結結露水付着による作動不良が発生すること
がない圧力調整器を提供する。 【解決手段】 一次側流路１ａと二次側流路１ｂとを有
する弁ケース１と、弁ケース１の二次側流路１ｂに面し
て設けられたダイヤフラム７と、弁ケース１内に設けら
れた弁体８と、ダイヤフラム７上面側に設けられたダイ
ヤフラム変位手段２３と、このダイヤフラム変位手段２
３の一部を囲む収納部１１ａを備えた弁キャップ１１と
を備え、収納部１１ａに、二次側流路内のガスより高温
の熱交換用気体を流通させる加温手段１３を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高圧ガス容器などの
高圧ガス供給部からのガスを減圧して二次側に供給する
圧力調整器に関し、詳しくはガスを減圧する際に結露が
発生しない圧力調整器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、空気、酸素、窒素、水素、炭酸ガ
スおよびその他の毒性ガス、可燃性ガス、腐食性ガスな
どのガスを、一次側と称される高圧側から、二次側と称
される低圧側に減圧する圧力調整器が広く使われてい
る。図２は従来の圧力調整器を例示するものであり、こ
の圧力調整器２０は、一次側ガス供給端が接続される一
次側流路１ａと二次側ガス放出端が接続される二次側流
路１ｂとを有する弁ケース１と、弁ケース１の二次側流
路１ｂに面して設けられたダイヤフラム７と、弁ケース
１内に設けられた弁体８と、ダイヤフラム７上面側に設
けられたダイヤフラム変位手段１３と、このダイヤフラ
ム変位手段１３の一部を囲む収納部３ａを備えた弁キャ
ップ３とを備えて構成されている。弁ケース１の一次側
流路１ａと二次側流路１ｂとの間には、これらを隔てる
弁座部材９が設けられており、この弁座部材９の上部の
弁座９ａには、開孔部９ｂが形成されている。弁座部材
９の一次側流路１ａ側には弁体８が設けられており、こ
の弁体８は、その先端部であるスピンドル８ａを開孔部
９ｂに上方に向けて挿通させ、テーパー状の接触面を介
して該開孔部９ｂよりも径の大きな基部を開孔部９ｂの
下方に位置させて設けられている。この弁体８は小スプ
リング１０によって上方に付勢されており、最も上方に
位置したときに、上記テーパー状の接触面が弁座部材９
に当接して開孔部９ｂを塞ぐようになっている。この弁
ケース１の上部には弁キャップ３が設けられており、こ
れら弁ケース１と弁キャップ３との間には、弁ケース１
と弁キャップ３とにその周縁を挟持された状態で上記ダ
イヤフラム７が配されている。このダイヤフラム７はＳ
ＵＳ３０４などのステンレスや真鍮で形成されており、
二次側流路１ｂ内のガス圧に応じてその中央が上下に変
位可能に形成されている。

【０００３】ダイヤフラム７上面側には、調圧バネ４、
およびこの調圧バネ４を上下から挟持する上下バネ受け
５、６を備えたダイヤフラム変位手段１３が設けられて
いる。調圧バネ４の下側に配された下バネ受け６はダイ
ヤフラム７の上面に接しており、ダイヤフラム７は下バ
ネ受け６を介して調圧バネ４により下方に付勢されるよ
うになっている。これら調圧バネ４、および上下バネ受
け５、６は上記弁キャップ３の収納部３ａ内に配設さ
れ、この収納部３ａを有する弁キャップ３は、その下端
で弁ケース１に螺着固定されている。また収納部３ａの
上壁には、内面にネジが形成された挿通孔３ｃが形成さ
れ、この挿通孔３ｃには、操作ハンドル２を有するスピ
ンドル２ａが、その先端を上バネ受け５上面に当接させ
た状態で螺着されている。また、弁キャップ３の収納部
３ａには、ダイヤフラム７に漏れが生じた場合、その漏
れを検出するための開孔であるリ−クポ−ト３ｂが形成
されている。なお、開孔部９ｂ近傍の二次側流路１ｂ
を、以下圧力解放部１ｃと呼ぶ。

【０００４】この圧力調整器２０は次のように使用され
る。高圧ガス容器などの高圧ガス供給部からのガスを、
上記圧力調整器２０の一次側流路１ａに通した際、二次
側流路１ｂ内ガス圧が予め設定された設定範囲を下回っ
ているときには、調圧バネ４に押圧されたダイヤフラム
７が、小スプリング１０により付勢された弁体８の先端
に当接し、該弁体８のスピンドル８ａを下方に押圧して
これを下方に移動させる。これにより弁体８は弁座部材
９の弁座９ａから離れ、一次側のガスは弁体８と開孔部
９ｂとの隙間から二次側流路１ｂに減圧膨張して流れ
る。そして二次側へのガス流入によって二次側流路１ｂ
内ガス圧が上記設定範囲より高くなると、このガス圧に
よってダイヤフラム７は調圧バネ４の弾性力に抗して上
方に変位し、これにともなって弁体８は上方に移動して
弁座部材９の開孔部９ｂを塞ぎ、一次側から二次側への
ガス流を遮断する。このようにして高圧の一次側ガスは
上記圧力範囲に減圧されて二次側に至るようになってい
る。このような圧力調整器２０は半導体製造工場などで
広く用いられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような圧力調整器
２０においては、一次側ガスを二次側流路へ減圧して流
すとき、このガスが減圧膨張することにより低温とな
り、ダイヤフラム７や二次側流路１ｂの圧力解放部１ｃ
近傍の弁ケース１が冷却され、さらには弁ケース１と接
している弁キャップ３や、弁キャップ３の収納部３ａ内
のバネ受け６、調圧バネ４、バネ受け５等が冷却され
る。このようにして圧力調整器２０の全体が冷却され、
その結果、外気と接する圧力調整器外面が結露すること
があった。このような圧力調整器２０を半導体工場のク
リーンルーム内などに設けられたガス製造装置やガス配
管に取り付けて使用する場合、この結露による水分がク
リーンルーム内に侵入してその清浄環境を悪化させるお
それがある。

【０００６】また、弁キャップ３の収納部３ａにはリ−
クポ−ト３ｂが形成されているので、このリークポート
３ｂから収納部３ａ内に湿気を含んだ外気が入り、これ
によって、圧力調整器２０の減圧操作により低温となっ
た弁キャップ３の収納部３ａの内壁や調圧バネ４が結露
し、その結果調圧バネ４やダイヤフラム７に錆が発生す
ることがあり、クリーンルーム内に錆に由来する不純物
が侵入して清浄環境を悪化させるおそれがある。また、
収納部３ａ内の結露水が凝固点以下まで冷却されて凍結
した場合には、凍結水の付着により調圧バネの動きが悪
くなりこの圧力調整器が作動不良を起こすおそれがあ
る。

【０００７】このような結露によるさまざまな弊害を防
止するためには、バンドヒ−タ等によって圧力調整器２
０を加温し、圧力調整器２０の温度と外気温との差を小
さく保って結露を防ぐことが考えられるが、ヒータを使
用した場合には、安全性確保の観点からこの圧力調整器
を可燃性ガスに適用することができず、またヒ−タが故
障したときのヒータ交換に手間がかかるという問題があ
った。本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、ヒ−
タを使用しなくても外面に結露による水分付着が起き
ず、しかも調圧バネやダイヤフラム等に結露水による錆
が発生せず、また凍結結露水付着による作動不良が発生
することがない圧力調整器を提供することを目的として
いる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の圧力調整器は、
一次側ガス供給端が接続される一次側流路と、二次側ガ
ス放出端が接続される二次側流路と、これら一次側流路
と二次側流路とを隔てかつ開孔部が形成された弁座とを
有する弁ケースと、該弁ケースの二次側流路に面して、
該二次側流路内のガスの圧力に応じて変位可能に設けら
れたダイヤフラムと、前記弁ケースの弁座に、その先端
を開孔部からダイヤフラム側に向けて突出させ、ダイヤ
フラムに近付く方向に付勢され、最もダイヤフラムに近
付いたときに前記弁座の開孔部を塞ぐ弁体と、前記ダイ
ヤフラムを弁体の先端に当接させまたは離間させるよう
に変位させるダイヤフラム変位手段と、該ダイヤフラム
変位手段のダイヤフラム当接側の少なくとも一部を囲む
収納部とを備え、該収納部に、二次側流路内のガスより
高温の熱交換用気体を流通させる加温手段を設けたこと
を特徴とする。また、前記収納部内に、前記ダイヤフラ
ムに熱交換用気体の熱を伝熱させる熱交換部材が設けら
れた構成としてよい。また、前記熱交換部材の外面に、
熱交換用気体との接触面積を大きくする凹凸を形成した
構成としてよい。また、前記収納部の内壁に、熱交換用
気体との接触面積を大きくする凹凸を形成した構成とし
てよい。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は本発明の圧力調整器の一実
施形態を示すものである。なお、本実施形態の説明にお
いて、図２に示す従来例との共通部分については、同一
符号を付してその説明を省略または簡略化する。この圧
力調整器３０は、一次側流路１ａと二次側流路１ｂとを
有する弁ケース１と、弁ケース１の二次側流路１ｂに面
して設けられたダイヤフラム７と、弁ケース１内に設け
られた弁体８と、ダイヤフラム７上面側に設けられたダ
イヤフラム変位手段２３と、このダイヤフラム変位手段
２３の一部を囲む収納部１１ａを備えた弁キャップ１１
とを備えて構成されている。

【００１０】弁ケース１と弁キャップ１１との間には、
これら弁ケース１と弁キャップ１１とにその周縁を挟持
された状態で上記ダイヤフラム７が配されており、ダイ
ヤフラム７上面側には、調圧バネ４、および調圧バネ４
を上下から挟持する上下バネ受け５、１２を備えたダイ
ヤフラム変位手段２３が設けられている。調圧バネ４の
下側に配された下バネ受け１２はダイヤフラム７の上面
に接して設けられ、ダイヤフラム７は下バネ受け１２を
介して調圧バネ４により下方に付勢されるようになって
いる。

【００１１】これら調圧バネ４、および上下バネ受け
５、１２は上記弁キャップ１１の収納部１１ａ内に配設
され、この収納部１１ａを有する弁キャップ１１は、そ
の下端で弁ケース１に螺着固定されている。また収納部
１１ａの上壁には、内面にネジが形成された挿通孔１１
ｅが形成され、この挿通孔１１ｅには、操作ハンドル２
を有するスピンドル２ａが、その先端を上バネ受け５上
面に当接させた状態で螺着されている。上記ダイヤフラ
ム変位手段２３は、このスピンドル２ａと、上記調圧バ
ネ４と、上下バネ受け５、１２とを備えて構成されてい
る。

【００１２】図１に示す状態において、調圧バネ４はス
ピンドル２ａによって圧縮されず、ゆるめられており、
ダイヤフラム７は自由状態（調圧バネ４によって押圧さ
れていない状態）にある。この状態で、弁体８は最上昇
位置にあり、そのテーパー状の接触面が弁座部材９に当
接して開孔部９ｂを塞いでいる。

【００１３】本実施形態の圧力調整器３０では、弁キャ
ップ１１の収納部１１ａに、供給源（図示せず）から供
給された熱交換用気体をこの収納部内に導く入口配管１
１ｂと、収納部内ガスを排出する出口配管１１ｃとから
なる加温手段１４が設けられている。この熱交換用気体
としては、窒素、空気等が用いられる。また空気として
は大気からそのまま、あるいは乾燥空気を使用するのが
望ましい。また窒素としては、乾燥窒素を使用すること
が好ましい。またこの熱交換用気体は、少なくとも二次
側ガスより高い温度、好ましくは室温程度とされる。こ
の圧力調整器をクリーンルーム内で使用する場合、通
常、熱交換用気体は屋外のガス源から配管により供給さ
れ、クリ−ンル−ム等の室内で用いられる圧力調整器に
到達するまでに室温近くまで上昇するので、この気体を
ヒータ等で特に加温する必要はない。

【００１４】また、下バネ受け１２の上面には柱状体１
２ａが立設されている。この柱状体１２ａは、下バネ受
け１２と熱交換用気体との熱交換を促進させる熱交換部
材であり、０℃において０．２５ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ
・℃以上の高い熱伝導率の材料、例えば真鍮、銅などで
作製され、その軸心と下バネ受け１２の中心とを一致さ
せて、溶接等により下バネ受け１２に一体に接合されて
いる。この柱状体１２の径は、コイル状の調圧バネ４に
接触しないように調圧バネの径よりも小さく形成され
る。また、この柱状体１２の長さは、調圧バネ４をゆる
めた自由状態における調圧バネ４の軸方向の長さから、
自由状態のダイヤフラム７と弁座部材９とで形成される
隙間分の長さを減じた長さよりもやや短く形成される。

【００１５】また柱状体１２ａには、その外側面から水
平方向に突出した板状の柱状体突起１２ｂが柱状体長手
方向に多段に形成されている。この柱状体突起１２ｂは
柱状体１２ａの表面に凹凸を設けて熱交換用気体との接
触面積を大きくし、熱交換用気体と柱状体１２ａとの熱
交換の効率を高めるためのもので、その形状は図１に示
す水平板状の横型フィンとすることが好ましい。なお、
柱状体突起１２ｂの形状はこれに限らず、鉛直方向に沿
う板状の縦型フィンや螺旋板状の螺旋型フィン、あるい
はドット状の多数の突起としてもよい。また弁キャップ
１１の収納部１１ａの内壁面には、この壁面から内方に
突出した板状の内壁突起１１ｄが鉛直方向に多段に形成
されている。この内壁突起１１ｄは、この内壁表面に凹
凸を設けて熱交換用気体との接触面積を大きくし、熱交
換用気体と内壁との熱交換効率を高めるためのものであ
る。なおこの内壁突起１１ｄの形状としては図１に示す
横型フィンばかりでなく、縦型フィンや螺旋型フィン、
あるいはドット状の多数の突起としてもよい。

【００１６】この圧力調整器２０の使用の際には、高圧
の一次側ガスを一次側流路１ａに通した状態で、操作ハ
ンドル２によってスピンドル２ａを下方に移動させ、調
圧バネ４を圧縮して調圧バネ４の下方付勢力を高め、こ
れによってダイヤフラム７を下方に移動させ、ダイヤフ
ラム７でスピンドル８ａを下方に押圧して弁体８と開孔
部９ｂとを離間させる。これに伴って一次側流路１ａ内
ガスは開孔部９ｂを通して二次側流路１ｂの圧力解放部
１ｃに流れ込む。一次側ガスが弁体８と開口部９ｂとの
隙間から二次側流路１ｂの圧力解放部１ｃに流れる際
に、このガスは減圧膨張によりその温度が低下する。こ
の低温となったガスにより、ダイヤフラム７、弁ケ−ス
１は冷却され、そのままにしておくと、熱伝導により弁
キャップ１１、バネ受け６、調圧バネ４、バネ受け５、
１２、柱状体１２ａ等、この圧力調整器３０全体が冷却
される。

【００１７】本実施形態による圧力調整器３０では、収
納部１１ａに熱交換用気体を導入する入口配管１１ｂ
と、収納部内の熱交換用気体を排出する出口配管１１ｃ
とからなる加温手段１４を設けたことによって、収納部
１１ａ内に、二次側のガス温度より高温の熱交換用気体
を連続的に流し、この熱交換用気体を、二次側ガスで冷
却された収納部１１ａ、および収納部内の調圧バネ４、
下バネ受け１２、上バネ受け５などの部材と接触させ、
これら部材を加温して結露発生を防止する。

【００１８】この熱交換の際には、熱交換により収納部
１１ａが得た熱は弁キャップ１１の上部から弁キャップ
１１の下部に伝導し、さらに弁キャップ１１と接触して
いる弁ケ−ス１に伝導する。このため弁キャップ１１お
よび弁ケース１の温度が上昇する。また同時に、調圧バ
ネ４、上下バネ受け５、１２、および柱状体１２ａが加
温され、これら部材が得た熱は下バネ受け１２と接触し
ているダイヤフラム７に至る。このようにして上記熱が
圧力調整器３０全体に伝導し、圧力調整器３０はその全
体が加温される。

【００１９】このように圧力調整器３０全体が加温され
るので、圧力調整器３０と外気との温度差は小さく保た
れる。このため圧力調整器３０外面の結露を起きにくく
し、結露による水滴発生によるこの圧力調整器やその周
囲の機器の腐食等を未然に防ぐことができる。また、圧
力調整器全体の加温により、二次側の減圧膨張したガス
が加温されるので、この圧力調整器３０では従来型の圧
力調整器２０よりも多くの流量を安定して流すことがで
きる。また下バネ受け１２に柱状体１２ａを設けたの
で、下バネ受け１２と熱交換用気体との接触面積を大き
くし、この圧力調整器と熱交換用気体との熱交換を促進
し、二次側ガスによって冷却された圧力調整器３０を、
二次側ガスより高温の熱交換用気体によって効率よく加
温することができ、圧力調整器３０の結露を確実に防止
することができる。

【００２０】また柱状体１２ａの外面に、柱状体突起１
２ｂを形成することにより、柱状体１２ａと熱交換用気
体との接触面積を大きくし、熱交換用気体と柱状体１２
ａとの熱交換効率を高めることができる。また弁キャッ
プ１１の収納部１１ａの内壁面に内壁突起１１ｄを形成
することにより、熱交換用気体と収納部１１ａとの熱交
換効率を高めることができる。また、収納部１１ａ内に
乾燥気体を流通させることによって、収納部１１ａ内の
水蒸気圧を低く保ち、収納部１１ａ内の結露を防ぐこと
ができる。従ってこの結露によるダイヤフラム等の錆の
発生を防ぐことができる。また凍結結露水によってこの
圧力調整器が作動不良を起こすのを未然に防ぐことがで
き、この圧力調整器を常に良好に動作させることができ
る。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明の圧力調整器
は、一次側流路と二次側流路と弁座とを有する弁ケース
と、該弁ケースの二次側流路に面して設けられたダイヤ
フラムと、該弁ケース内に設けられた弁体と、ダイヤフ
ラムを弁体に当接させまたは離間させるように変位させ
るダイヤフラム変位手段と、該ダイヤフラム変位手段の
ダイヤフラム当接側の少なくとも一部を囲む収納部とを
備え、該収納部に、二次側流路内のガスより高温の熱交
換用気体を流通させる加温手段を設けた構成としたの
で、減圧膨張時に低温となった二次側ガスによって冷却
された収納部を熱交換用気体で加温することができる。
この加温された収納部が得た熱が熱伝導により圧力調整
器全体に伝導することによって、この圧力調整器は全体
に亙って加温される。したがってこの圧力調整器外面と
外気との温度差を小さく保ち、この圧力調整器外面の結
露を防止することができる。また、収納部内に乾燥気体
を流通させることによって、収納部内水蒸気圧を低く保
ち、収納部内の結露を防ぐことができる。従ってこの結
露によるダイヤフラム等の錆の発生を防ぐことができ
る。また凍結結露水によるこの圧力調整器の作動不良を
未然に防ぐことができ、この圧力調整器を常に良好に動
作させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の圧力調整器の一実施形態を示す断面
図である。

【図２】 従来の圧力調整器の一例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１・・・弁ケース １ａ・・・一次側流路 １ｂ・・・二次側流路 ７・・・ダイヤフラム ８・・・弁体 ９ａ・・・弁座 １１ａ・・・収納部 １１ｄ・・・内壁突起（凹凸） １２ａ・・・柱状体（熱交換部材） １２ｂ・・・柱状体突起（凹凸） ２３・・・ダイヤフラム変位手段 １４・・・加温手段 ２０，３０・・・圧力調整器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一次側ガス供給端が接続される一次側流
   路と、二次側ガス放出端が接続される二次側流路と、こ
   れら一次側流路と二次側流路とを隔てかつ開孔部が形成
   された弁座とを有する弁ケースと、 該弁ケースの二次側流路に面して、該二次側流路内のガ
   スの圧力に応じて変位可能に設けられたダイヤフラム
   と、 前記弁ケースの弁座に、その先端を開孔部からダイヤフ
   ラム側に向けて突出させ、ダイヤフラムに近付く方向に
   付勢され、最もダイヤフラムに近付いたときに前記弁座
   の開孔部を塞ぐ弁体と、 前記ダイヤフラムを弁体の先端に当接させまたは離間さ
   せるように変位させるダイヤフラム変位手段と、 該ダイヤフラム変位手段のダイヤフラム当接側の少なく
   とも一部を囲む収納部とを備えた圧力調整器において、 該収納部に、二次側流路内のガスより高温の熱交換用気
   体を流通させる加温手段を設けたことを特徴とする圧力
   調整器。
2. 【請求項２】 前記収納部内に、前記ダイヤフラムに熱
   交換用気体の熱を伝熱させる熱交換部材が設けられたこ
   とを特徴とする請求項１記載の圧力調整器。
3. 【請求項３】 前記熱交換部材の外面に、熱交換用気体
   との接触面積を大きくする凹凸を形成したことを特徴と
   する請求項２記載の圧力調整器。
4. 【請求項４】 前記収納部の内壁に、熱交換用気体との
   接触面積を大きくする凹凸を形成したことを特徴とする
   請求項１から３のいずれか１項記載の圧力調整器。